中國科學(xué)院學(xué)部

PAGE19PAGE16中國科學(xué)院學(xué)部科學(xué)與技術(shù)前沿論壇簡報(bào)第97次編報(bào)編報(bào)《中國科學(xué)》雜志社2020年1月17日“聚焦精準(zhǔn)催化的烴科學(xué)與技術(shù)前沿”論壇綜述一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀烴是汽油、柴油等液體燃料、基本有機(jī)原料及“三大合成材料”單體的主要組成部分，支撐了人類社會的發(fā)展與變革，保障了人類的衣、食、住、行等日常生活所需。烴的轉(zhuǎn)化是石油煉制、石油化工、煤化工等行業(yè)的基礎(chǔ)，其主要涉及烴加工、烴合成、烴衍生、烴聚合等過程。當(dāng)前資源短缺與環(huán)境惡化的雙重挑戰(zhàn)、社會經(jīng)濟(jì)日益旺盛的烴需求以及“原料多元化、過程綠色化、產(chǎn)品高端化”的行業(yè)發(fā)展目標(biāo)要求我們，必須開發(fā)原子經(jīng)濟(jì)的高選擇性烴轉(zhuǎn)化技術(shù)。研究烴轉(zhuǎn)化過程中化學(xué)鍵重構(gòu)的關(guān)鍵科學(xué)問題與技術(shù)方法，即為“烴科學(xué)與技術(shù)”。催化還原、催化氧化、酸催化等催化反應(yīng)與工程技術(shù)是實(shí)現(xiàn)烴類高效轉(zhuǎn)化的重要手段，但還未達(dá)到精準(zhǔn)催化，仍有許多反應(yīng)過程未實(shí)現(xiàn)原子經(jīng)濟(jì)。如在甲烷/合成氣的催化轉(zhuǎn)化、烴的催化選擇氧化、高分子材料的可控聚合等反應(yīng)中提高目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性、抑制副反應(yīng)一直是科學(xué)家矢志追求的目標(biāo)以及研究熱點(diǎn)與科學(xué)前沿。為此，需要建立以“精準(zhǔn)催化”為目標(biāo)的理論體系與技術(shù)方法，通過化學(xué)鍵的定向活化轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物原子經(jīng)濟(jì)性的精準(zhǔn)合成。其主要包括基于反應(yīng)預(yù)測的計(jì)算化學(xué)模擬、基于化學(xué)鍵定向活化的催化材料創(chuàng)制，基于目標(biāo)產(chǎn)物高選擇性合成的反應(yīng)路徑選擇等。近年來，“精準(zhǔn)催化”已取得諸多突破性的進(jìn)展，相繼發(fā)展了“描述符”催化結(jié)構(gòu)理性設(shè)計(jì)方法，納米催化、限域催化、單原子催化、形貌擇向等新結(jié)構(gòu)催化劑。OX-ZEO反應(yīng)耦合、變徑反應(yīng)器等反應(yīng)路徑控制策略的催化新理念與新技術(shù)，推動了“烴科學(xué)與技術(shù)”的發(fā)展，但還需進(jìn)一步深化并加速演進(jìn)，為烴轉(zhuǎn)化過程的原子經(jīng)濟(jì)提供技術(shù)支撐。二、論壇概況2019年9月11~12日，“聚焦精準(zhǔn)催化的烴科學(xué)與技術(shù)前沿”論壇在上海張江舉行。論壇由中國石油化工集團(tuán)有限公司科技部謝在庫院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)包信和院士、上海交通大學(xué)丁奎嶺院士、中國石化石油化工科學(xué)研究院何鳴元院士共同擔(dān)任執(zhí)行主席，趙東元院士、周其林院士、韓布興院士、唐勇院士、張鎖江院士、楊萬泰院士出席論壇。來自復(fù)旦大學(xué)、廈門大學(xué)、大連理工大學(xué)、華東師范大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、南開大學(xué)、中國科學(xué)院、中國石化等單位的25位報(bào)告專家和38位圓桌研討專家，共計(jì)220余名師生代表參加論壇。本次論壇由中國科學(xué)院學(xué)部主辦，中國科學(xué)院化學(xué)部、學(xué)部學(xué)術(shù)與出版工作委員會承辦，中國石化上海石油化工研究院、中國科學(xué)院上海高等研究院、《中國科學(xué)》雜志社共同協(xié)辦。在中國石化上海石油化工研究院楊為民院長、中國科學(xué)院上海高等研究院邰仁忠副院長開幕致辭后，何鳴元院士介紹了此次論壇的由來和必要性。何鳴元院士指出，中國科學(xué)院學(xué)部八年前主辦的首場科學(xué)與技術(shù)前沿論壇“促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的催化科學(xué)與技術(shù)”，以及四年前的香山科學(xué)會議“由烴加工到烴合成——催化科學(xué)技術(shù)前沿”為此次論壇的召開打下了良好的基礎(chǔ)。眾所周知，近年來我國的烴科學(xué)與技術(shù)快速發(fā)展，部分開創(chuàng)性工作取得了國際同行的高度認(rèn)可，因此，有必要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、凝聚共識、籌劃未來。這次論壇將傳統(tǒng)的“選擇催化”深化為“精準(zhǔn)催化”，涉及烯烴、芳烴、大宗化學(xué)品、精細(xì)化學(xué)品、三大合成材料等內(nèi)容，并研討我國在精細(xì)化學(xué)品、高端聚合材料方面的短板與解決方案。相信本次論壇必將啟發(fā)新思路新理念，促進(jìn)我國烴科學(xué)與技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。三、重點(diǎn)關(guān)注的問題本次論壇以“聚焦精準(zhǔn)催化的烴科學(xué)與技術(shù)前沿”為主題，邀請多學(xué)科跨領(lǐng)域的專家學(xué)者，面向烴轉(zhuǎn)化技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)與需求，圍繞4個(gè)中心議題：（1）烴加工：資源高效利用與高值化；（2）烴合成：能源轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)；（3）烴衍生：高端化學(xué)品的綠色合成；（4）烴聚合：高性能材料關(guān)鍵技術(shù)的突破，結(jié)合國內(nèi)外“精準(zhǔn)催化”的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和面臨的挑戰(zhàn)，進(jìn)行多學(xué)科交叉、高層次深度的學(xué)術(shù)研討，規(guī)劃我國“烴科學(xué)和技術(shù)”發(fā)展戰(zhàn)略，進(jìn)一步完善“精準(zhǔn)催化”的理論體系與技術(shù)方法。與會專家共同凝煉烴類資源高效利用與原料多元化制備烴類化合物過程的關(guān)鍵催化技術(shù)、科學(xué)問題及發(fā)展方向，形成具有共性和引導(dǎo)性的科研思路和指導(dǎo)方案，啟發(fā)開展開創(chuàng)性工作，推動顛覆性技術(shù)的突破。同時(shí)，充分認(rèn)識我國在高附加值聚合物單體等高端化學(xué)品綠色合成及其下游高性能材料聚合等領(lǐng)域的短板，從當(dāng)前需求與未來預(yù)期兩個(gè)層面共同梳理“卡脖子”技術(shù)，尋找突破方向，力爭在部分領(lǐng)域達(dá)到世界先進(jìn)水平。四、報(bào)告內(nèi)容（一）議題一：烴加工包信和院士：天然氣選擇活化的催化科學(xué)基礎(chǔ)以儲量相對豐富和價(jià)格低廉的天然氣替代石油生產(chǎn)液體燃料和基礎(chǔ)化學(xué)品成為了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界研究與發(fā)展的重點(diǎn)。報(bào)告介紹了大連化物所研究團(tuán)隊(duì)近年來基于“限域催化”的新概念，構(gòu)建了高溫穩(wěn)定的晶格限域單中心鐵催化劑；利用自由基表面引發(fā)和氣相偶聯(lián)生成產(chǎn)物的反應(yīng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了甲烷無氧直接制烯烴和芳烴。與天然氣轉(zhuǎn)化的傳統(tǒng)路線相比，該研究徹底摒棄了高耗能的合成氣制備過程，大大縮短了工藝路線，反應(yīng)過程本身實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的零排放。施章杰教授：惰性化學(xué)鍵活化及催化轉(zhuǎn)化新路徑脂肪族碳?xì)滏I活化是合成化學(xué)最具挑戰(zhàn)的研究領(lǐng)域之一。報(bào)告介紹了若干脂肪族碳?xì)滏I不同類型的化學(xué)轉(zhuǎn)化催化體系。例如，利用配體調(diào)控過渡金屬催化的手段，首次實(shí)現(xiàn)了分子內(nèi)苯環(huán)碳?xì)滏I和甲基碳?xì)滏I之間的氧化偶聯(lián)并實(shí)現(xiàn)了苯并二氫呋喃的直接構(gòu)建；利用均多相催化融合的方式，初步實(shí)現(xiàn)了乙烷和苯之間的脫氫偶聯(lián)及重排，選擇性實(shí)現(xiàn)了乙苯和鄰二甲苯的合成；利用光催化氧化的手段，實(shí)現(xiàn)了甲苯及其衍生物到苯甲醛或者苯甲酸的高效高選擇性氧化。孫予罕研究員：甲烷-CO2重整技術(shù)的挑戰(zhàn)與展望甲烷-CO2重整可望在轉(zhuǎn)化利用甲烷的同時(shí)大量利用CO2，但該過程的熱力學(xué)特性決定了反應(yīng)需要高溫，而且其副反應(yīng)易于產(chǎn)生積碳。因此，該過程工業(yè)應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)在于解決Ni基催化劑的燒結(jié)和積碳失活問題。報(bào)告分析了Ni基催化劑的設(shè)計(jì)制備需要綜合考慮的多種因素，介紹了Ni-CaO-ZrO2催化劑及其萬方級工業(yè)示范裝置運(yùn)行情況，指出載體對Ni團(tuán)簇表面的有效限域使得催化劑獲得很強(qiáng)的抗積碳能力。黃正研究員：聚乙烯廢塑料降解研究烴類物質(zhì)是化石能源的重要組成體，也是重要的基礎(chǔ)化工原料。為應(yīng)對可持續(xù)發(fā)展和綠色經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)，一方面需要從自然界豐富的烴類物質(zhì)出發(fā)，高效合成高價(jià)值的化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)“分子價(jià)值的增量”；另一方面也需要發(fā)展溫和有效的催化降解技術(shù)，將高分子量、穩(wěn)定的烴類化學(xué)化工產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成可再次利用的小分子物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)“污染物質(zhì)的減量”。報(bào)告介紹了以小分子烷烴轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)、發(fā)展了各類聚乙烯高效溫和降解的方法，并分析其前景和挑戰(zhàn)。李明豐教授：烴類氧化、重整制氫催化技術(shù)發(fā)展方向氫能是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，其中制氫是目前相對較為成熟的一環(huán)，也是發(fā)展“氫經(jīng)濟(jì)”的基石。報(bào)告指出，制氫技術(shù)呈現(xiàn)多元化格局、但天然氣制氫仍將占據(jù)重要地位。其中，天然氣催化部分氧化制氫具有“碳效率”更高、投資費(fèi)用更低等優(yōu)點(diǎn)，代表著甲烷氧化制氫技術(shù)的發(fā)展方向。從安全性和經(jīng)濟(jì)性考慮，需要發(fā)展本質(zhì)安全的站內(nèi)制氫技術(shù)，特別是微通道蒸汽重整制氫技術(shù)。方向晨教授：渣油加氫催化反應(yīng)工程技術(shù)創(chuàng)新——從固定床到沸騰床渣油是石油中餾分最重、雜質(zhì)含量最高的組分，能否加工好渣油體現(xiàn)了煉化企業(yè)資源化利用的技術(shù)水平。目前，固定床渣油加氫技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的渣油加氫過程，但隨著原油的劣質(zhì)化趨勢越來越嚴(yán)重，固定床渣油加氫在催化反應(yīng)工程上出現(xiàn)了越來越多的不適應(yīng)問題。報(bào)告分析了影響固定床渣油加氫裝置運(yùn)行的各種因素及其工程成因，從解決這些工程問題的角度提出了應(yīng)用沸騰床技術(shù)的總體解決思路。許友好教授：烴加工的催化反應(yīng)工程技術(shù)創(chuàng)新——變徑流化床反應(yīng)器理論與實(shí)踐實(shí)現(xiàn)資源高效利用是化學(xué)工程和工業(yè)催化技術(shù)創(chuàng)新的重大方向，其中催化材料創(chuàng)新是基礎(chǔ)、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是核心。單器流化床最顯著特征是床內(nèi)各處的溫度和催化劑密度處于均勻狀態(tài)，從而難以分區(qū)優(yōu)化復(fù)雜氣固催化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率與選擇性。通過烴類串/并聯(lián)反應(yīng)中的反應(yīng)與擴(kuò)散、熱力學(xué)和動力學(xué)差異規(guī)律的認(rèn)識，提出了流化床分區(qū)調(diào)控復(fù)雜催化反應(yīng)路徑的設(shè)計(jì)理念，形成了重質(zhì)烴高效利用、清潔油品生產(chǎn)等多項(xiàng)新工藝。（二）議題二：烴合成1.韓布興院士：以水為氫源實(shí)現(xiàn)催化加氫反應(yīng)催化氫化反應(yīng)指在催化劑的作用下氫與其它化合物反應(yīng)生成新分子的反應(yīng)。水是豐富、無毒無害的資源，每個(gè)水分子含有兩個(gè)氫，可作為氫源進(jìn)行加氫反應(yīng)，熱化學(xué)催化、光催化、電催化均可用于這類反應(yīng)。報(bào)告分析了兩類加氫過程，一類是有機(jī)化合物、CO、CO2的直接加氫，另一類是氫與有機(jī)化合物反應(yīng)的同時(shí)，伴隨著化學(xué)鍵的斷裂，也稱氫解反應(yīng)。報(bào)告探討了利用水中的氫作為氫源進(jìn)行加氫的多個(gè)案例。2．潘秀蓮研究員（由包信和院士代為報(bào)告）：合成氣直接制烯烴的精準(zhǔn)催化合成氣是包括煤、天然氣、生物質(zhì)等在內(nèi)的碳資源轉(zhuǎn)化為化學(xué)品和燃料的重要平臺化合物。合成氣轉(zhuǎn)化制烴類產(chǎn)物的關(guān)鍵是控制中間體C-C鍵的偶聯(lián)及加氫程度。報(bào)告指出，采用部分還原的金屬氧化物與分子篩形成雙功能復(fù)合催化劑，使CO的活化解離與C-C偶聯(lián)有效地分離于兩種不同活性中心上進(jìn)行，從而在分子篩孔道的限域環(huán)境中進(jìn)行擇形偶聯(lián)反應(yīng)，定向生成低碳烯烴。3．王野教授：基于接力催化的合成氣和CO2選擇轉(zhuǎn)化合成烴類化合物費(fèi)托合成是由合成氣合成烴類產(chǎn)物的經(jīng)典反應(yīng)，但其產(chǎn)物的選擇性受限。近期國內(nèi)外幾個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在合成氣轉(zhuǎn)化和CO2加氫產(chǎn)物選擇性調(diào)控方面取得重大突破。報(bào)告人團(tuán)隊(duì)利用反應(yīng)耦合思想，構(gòu)建金屬氧化物納米粒子與沸石分子篩組成的雙功能或多功能催化劑，實(shí)施經(jīng)由甲醇/二甲醚為主要中間體的接力催化，發(fā)展出合成氣高選擇性直接制低碳烯烴、芳烴和C2含氧化物（乙酸甲酯、乙醇）的新過程。4．楊維慎研究員：低碳烷烴催化轉(zhuǎn)化隨著天然氣和頁巖氣的全面開發(fā)，以廉價(jià)豐富的低碳烷烴為原料生產(chǎn)高附加值化工產(chǎn)品是烴類利用發(fā)展的必然趨勢。由于烷烴特有的低反應(yīng)活性，開發(fā)具有高活性、高選擇性和高穩(wěn)定性新型催化劑和新型反應(yīng)工藝是低碳烷烴催化轉(zhuǎn)化研究的關(guān)鍵。報(bào)告介紹了乙烷催化氧化脫氫制乙烯、丙烷催化脫氫制丙烯、丙烷催化選擇氧化制丙烯酸等低碳烷烴催化轉(zhuǎn)化的最新進(jìn)展。5．陸安慧教授：非金屬硼化物催化低碳烷烴脫氫制烯烴烷烴氧化脫氫不受熱力學(xué)平衡限制，可在較低溫度下進(jìn)行，并且無積炭生成，有利于提高反應(yīng)效率，降低能耗。報(bào)告指出，目前的催化劑能夠有效活化烷烴C—H鍵，但同時(shí)易深度氧化生成CO和CO2，造成在高轉(zhuǎn)化率下目標(biāo)產(chǎn)物選擇性差、深度氧化加重等問題。報(bào)告人團(tuán)隊(duì)制備了富含羥基的六方氮化硼并用于丙烷氧化脫氫制丙烯的反應(yīng)中，獲得了20.6%的丙烷轉(zhuǎn)化率和80.2%的丙烯選擇性。（三）議題三：烴衍生1．周其林院士：鎳催化烯烴偶聯(lián)反應(yīng)烯烴是一類重要的有機(jī)化合物，如何直接利用烯烴作為原料構(gòu)建C—C鍵是重要的科學(xué)問題。鈀催化的C—C鍵交叉偶聯(lián)的原子經(jīng)濟(jì)性較差，有必要發(fā)展使用廉價(jià)催化劑的原子經(jīng)濟(jì)性烯烴偶聯(lián)反應(yīng)。報(bào)告介紹了利用零價(jià)鎳絡(luò)合物催化分子間的烯烴與醛的氫?；?、烯烴與亞胺的氫烯基化等反應(yīng)，著重反應(yīng)機(jī)理的研究、結(jié)合理論計(jì)算實(shí)現(xiàn)了對全新反應(yīng)路徑的詳細(xì)闡述。2．張鎖江院士：離子液體與烴合成及其衍生技術(shù)離子液體作為一種新型綠色材料，其特有的Z鍵、離子特性和微環(huán)境為烴類化合物催化轉(zhuǎn)化及綠色轉(zhuǎn)化過程的開發(fā)提供了新機(jī)遇。報(bào)告揭示了離子液體中靜電力-氫鍵的特殊耦合作用，發(fā)現(xiàn)Z鍵是離子液體中除靜電力之外最重要的作用力。結(jié)合國內(nèi)外實(shí)際工業(yè)應(yīng)用，報(bào)告論述了離子液體在以乙烯為原料經(jīng)環(huán)氧乙烷合成碳酸酯/聚碳酸酯綠色技術(shù)，重點(diǎn)揭示了離子對協(xié)同催化到離子簇催化效應(yīng)的新作用。3．楊為民教授：高端聚合物單體合成的催化新路線——2,6-萘二甲酸的高效催化合成我國高端聚合材料對外依存度較高，很多關(guān)鍵核心材料受制于人，其根本原因是缺乏相應(yīng)的聚合單體。報(bào)告指出，2,6-萘二甲酸（2,6-NDA）是一種高端的聚合單體，具有廣闊應(yīng)用前景。報(bào)告人團(tuán)隊(duì)通過催化劑創(chuàng)新，開辟了一條新的低成本的2,6-NDA生產(chǎn)工藝路線，以便宜易得的萘和丙烯為原料，通過烷基化反應(yīng)合成2,6-二異丙基萘（2,6-DIPN），再通過液相催化氧化合成2,6-NDA。4．宗保寧教授：過氧化氫及其烴氧化和烴氮化化學(xué)品的主要生產(chǎn)過程涉及烴氧化和烴氮化反應(yīng)過程，如塑料、聚酯、尼龍、醇醚等。報(bào)告分析了目前我國烴氧化和烴氮化生產(chǎn)過程，指出過氧化氫法烴氧化和烴氮化反應(yīng)過程的C和N原子利用率接近100%，是未來烴氧化和烴氮化制備化學(xué)品的發(fā)展方向。報(bào)告人團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)了漿態(tài)床過氧化氫生產(chǎn)技術(shù)，進(jìn)而發(fā)展了己內(nèi)酰胺、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧氯丙烷和環(huán)己酮等多項(xiàng)過氧化氫法綠色生產(chǎn)技術(shù)。5．吳鵬教授：更趨精準(zhǔn)的催化選擇性氧化——新型雜原子分子篩/雙氧水催化體系的構(gòu)筑與工業(yè)化應(yīng)用鈦硅分子篩/雙氧水選擇性氧化催化體系實(shí)現(xiàn)了溫和條件下烴類的選擇性氧化，為大宗含氧（氮）化學(xué)品的綠色化生產(chǎn)帶來了新的機(jī)遇，也為如何更精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)這些氧化過程提出了更大的挑戰(zhàn)。報(bào)告從大孔徑鈦硅分子篩的基礎(chǔ)研究出發(fā)，介紹其在丁酮和環(huán)己酮氨氧化生產(chǎn)相應(yīng)酮肟工業(yè)化過程中的應(yīng)用特色，以及研發(fā)惰性溶劑體系丙烯雙氧水直接環(huán)氧化制備環(huán)氧丙烷反應(yīng)（HPPO）過程。（四）議題四：烴聚合1．唐勇院士：乙烯的可控性聚合與應(yīng)用新一代物質(zhì)創(chuàng)制需要經(jīng)濟(jì)、高效、安全和環(huán)境友好的合成化學(xué)，核心之一是發(fā)展新型高效催化劑。報(bào)告人團(tuán)隊(duì)探索了在催化中心區(qū)域引入配位性基團(tuán)（邊臂）調(diào)控催化劑的行為，發(fā)現(xiàn)邊臂基團(tuán)是通過它調(diào)節(jié)催化中心的空間形狀和電子特性實(shí)現(xiàn)對催化物種性質(zhì)的控制與調(diào)節(jié)，從而調(diào)控烯烴聚合活性和聚烯烴結(jié)構(gòu)與性能。報(bào)告指出，未來將利用邊臂效應(yīng)開發(fā)烯烴與極性單體共聚、烯烴與CO的交替共聚、烯烴與CO2共聚制碳酸酯等技術(shù)。2．楊萬泰院士：光催化表面C—H鍵轉(zhuǎn)化新反應(yīng)——對聚烯烴的表面改性表面改性曾被列為21世紀(jì)重要新方向，但至今進(jìn)展不大；因?yàn)槠湟?，目前工業(yè)使用的仍是電暈、火焰等傳統(tǒng)方法；其二，仍不能像無機(jī)、金屬材料那樣對表面進(jìn)行任意化學(xué)裁剪。報(bào)告從三個(gè)方面介紹受限光催化引發(fā)的機(jī)理和應(yīng)用，一是光表面改性，將聚合物表面H原子高效、快速轉(zhuǎn)變成單層羥基、胺基等“廣譜官能團(tuán)”，賦予聚合物新性能；二是表面光接枝技術(shù)，用于聚合物在線處理，可制備表面超金屬、表面接枝納米粒子等特殊結(jié)構(gòu)產(chǎn)品；三是可見光下活性聚合，以大幅提高工業(yè)生物過程的效率。3．喬金樑教授：高性能聚烯烴的開發(fā)世界范圍內(nèi)聚烯烴是消費(fèi)量最大的高分子材料，占據(jù)通用塑料產(chǎn)量的65%左右，產(chǎn)量近2億噸。報(bào)告指出，聚烯烴是最難精準(zhǔn)控制的聚合物。目前需要分子量分級與高通量技術(shù)相結(jié)合，通過開發(fā)精準(zhǔn)聚合控制共聚單體分布和窄分子量分布的聚烯烴技術(shù)，才能開發(fā)高性能聚烯烴產(chǎn)品。為此，對催化劑開發(fā)提出更高要求，需要單活性中心、不使用貴金屬、具有較高高溫活性的溶液聚合性能、低成本的活性聚合催化劑。4．李伯耿教授：基于聚合動力學(xué)建模的聚合物精準(zhǔn)合成技術(shù)聚合物等化學(xué)產(chǎn)品的性能或功能與它們的結(jié)構(gòu)緊密關(guān)聯(lián)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)高度定向的聚合反應(yīng)對于聚合物的高性能化與功能化至關(guān)重要。報(bào)告人基于活性自由基共聚動力學(xué)、活性配位共聚動力學(xué)和非均相配位聚合動力學(xué)及它們的模型化研究，制備了一些全新的高性能或特殊性能的聚合物或聚合物原位合金，使反應(yīng)動力學(xué)研究成為聚合物產(chǎn)品結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)定制的重要工具。5．陽永榮教授：超高分子量聚乙烯分子鏈解纏繞研究與聚烯烴材料的在線高性能化高分子鏈纏結(jié)是高分子科學(xué)中的一個(gè)有趣的基本問題，迄今尚無明確定論，目前超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的鏈纏結(jié)問題已成為研究熱點(diǎn)。報(bào)告介紹了一種將傳統(tǒng)鈦系催化劑與多面體低聚倍半硅氧烷（POSS）的結(jié)合，可在較高溫度下精準(zhǔn)聚合，制備出分子鏈解纏結(jié)UHMWPE。報(bào)告認(rèn)為，POSS改性的Z-N催化劑與工業(yè)應(yīng)用的催化劑體系相似，可與氣液法聚乙烯工藝結(jié)合，實(shí)現(xiàn)普通聚乙烯的高性能化。6．王靜岱教授：乙烯聚合流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)調(diào)控和產(chǎn)品高性能化流化床聚乙烯工藝是中國最主要的聚乙烯生產(chǎn)工藝，由于工藝流程短，調(diào)節(jié)手段少，95%以上產(chǎn)品為通用料，工藝競爭力弱。報(bào)告人提出了氣液固三相/氣固兩相流型復(fù)合共存的乙烯云聚合流化床工藝，通過構(gòu)建單一反應(yīng)器內(nèi)差異化聚合環(huán)境、以催化劑穿梭聚合以調(diào)變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，解決了在單一的流化床反應(yīng)器中生產(chǎn)高性能聚乙烯產(chǎn)品的問題，提升了裝置競爭力。7．王獻(xiàn)紅研究員：從二氧化碳制備生物降解塑料——機(jī)會與挑戰(zhàn)二氧化碳共聚物是目前可降解塑料領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)，其發(fā)展的宏觀問題是與傳統(tǒng)可降解高分子相比是否具有競爭力，而微觀上的問題則是其催化效率能否滿足工業(yè)化的要求。報(bào)告人介紹了環(huán)氧丙烷-二氧化碳共聚物以及環(huán)氧乙烷-二氧化碳共聚物的研究成果，探討了最新的環(huán)境友好型鋁卟啉催化劑開發(fā)情況，提出了二氧化碳基生物可降解材料在生物可降解地膜、快遞包裝薄膜、購物袋等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。8．陳學(xué)思研究員：聚乳酸生物可降解材料的合成應(yīng)用開發(fā)聚乳酸（PLA）是一種環(huán)境友好生物可降解材料，其性能與聚丙烯相近，改性后可替代聚乙烯薄膜，因而在包裝制品、餐具、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。報(bào)告人團(tuán)隊(duì)采用酸性多孔分子篩作為催化劑一步法制備丙交酯，相較于傳統(tǒng)技術(shù)可降低10%以上的成本，解決了制約PLA應(yīng)用推廣的瓶頸問題。此外，選擇合適的立體選擇性催化劑，可以實(shí)現(xiàn)成本較低的外消旋丙交酯立體選擇性開環(huán)聚合直接得到高熔點(diǎn)嵌段的PLA立體復(fù)合物。五、專家圓桌研討概述圍繞議題內(nèi)容，論壇共召開四場專家圓桌研討，分別由丁奎嶺院士主持烴加工議題、包信和院士主持烴合成議題、何鳴元院士主持烴衍生議題、謝在庫院士主持烴聚合議題的專家圓桌研討。主要有如下觀點(diǎn)。1．精準(zhǔn)催化的催化劑設(shè)計(jì)及精準(zhǔn)分析趙東元院士表示，精準(zhǔn)催化概念的提出將會很好地促進(jìn)催化的發(fā)展，尤其是催化劑的設(shè)計(jì)將不再是炒菜式的。只有精準(zhǔn)設(shè)計(jì)催化劑，才能有精準(zhǔn)的催化。丁奎嶺院士提到，分析方法的發(fā)展對理論、機(jī)制的認(rèn)知起到非常重要的作用。如果檢測方法達(dá)到飛秒的時(shí)間分辨率，是否有可能檢測到過渡態(tài)？包信和院士表示，催化一直被認(rèn)為是一個(gè)黑箱，因多數(shù)情況要求高溫、高壓催化劑；但現(xiàn)在的表征方法多是在低溫、真空下，檢測原子層很少、且反應(yīng)速度很慢的過程。迄今，檢測儀器的響應(yīng)速度問題、原位動態(tài)問題一直未解決，但正在逐步逼進(jìn)這個(gè)目標(biāo)。王野教授表示，從基礎(chǔ)研究看，催化劑設(shè)計(jì)主要關(guān)注反應(yīng)過程、活性中心、催化材料這三方面。楊為民教授提到，催化劑從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)應(yīng)用可以分為實(shí)驗(yàn)室研究-中試-工業(yè)示范三步驟。在工業(yè)試驗(yàn)中，要組建一個(gè)催化劑-反應(yīng)工藝-工藝包矩陣式攻關(guān)的大團(tuán)隊(duì)，共同完成。肖豐收教授表示，以分子篩合成為例，其結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)控制可能會導(dǎo)致其催化過程的精準(zhǔn)控制；最近，除了控制孔道結(jié)構(gòu)和硅鋁比，已可以實(shí)現(xiàn)酸性中心位置精準(zhǔn)分布在交叉孔道上或者非交叉孔道上。楊維慎教授在回答王艷芹教授提問時(shí)表示，工業(yè)催化劑成型后，其孔的結(jié)構(gòu)將顯著影響擴(kuò)散，特別是如丙烷脫氫等負(fù)壓條件下的反應(yīng)。2．限域催化丁奎嶺院士提到，均相催化中C—H鍵的活化，可以將一個(gè)金屬插到C—H鍵中間去，然后可能發(fā)生一些過程，而且可以在很低溫度下反應(yīng)。這就讓人想到限域效應(yīng)，即怎樣能夠創(chuàng)造一種環(huán)境，讓烷烴的C—H鍵，能夠跟活性的金屬物種有碰撞或相互作用的機(jī)會？包信和院士表示，狹義的限域是把它限制在空間當(dāng)中；而最近，我們慢慢拓展到廣義的限域，就是內(nèi)在的、本質(zhì)的一種力，即催化體系的配位不飽和。這有些類似魚鷹捕魚的過程。3．均相催化與多相催化的融合周其林院士表示，均相催化與非均相催化各有優(yōu)勢，那么兩者的協(xié)同耦合是否可行？非均相催化需要高溫是因?yàn)榈蜏叵罗D(zhuǎn)化率太低，如果利用均相體系與其耦合，即便是很低的濃度也可以轉(zhuǎn)化，化學(xué)平衡會進(jìn)一步向后移動，這種情況下就未必需要高溫。同樣道理，細(xì)胞能夠?qū)O2和水合成長鏈的大分子，一個(gè)重要原因在于它是一個(gè)程序化的多酶聯(lián)合催化過程，所以多步的均相和非均相耦合可能是精準(zhǔn)催化的重要方向。孫予罕研究員、施章杰教授、李明豐教授在討論時(shí)表示，均相催化的反應(yīng)條件相對比較溫和，其選擇性、或底物反應(yīng)的限域條件是比較好的，這比較契合精準(zhǔn)催化的主題，更適合于精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)。但相對而言，非均相催化非常適合于大宗化學(xué)品的轉(zhuǎn)化，而這對于均相催化是非常困難的。值得思考是否有望實(shí)現(xiàn)高溫下的擬均相反應(yīng)？4．催化的效率問題包信和院士提到，精準(zhǔn)催化需要關(guān)注的一個(gè)重要問題是如何實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)化。為什么植物吸一點(diǎn)光，就能合成大分子？其原因在于細(xì)胞膜是一個(gè)很大的限域體系，在單位面積或者體積下產(chǎn)生很高的表觀濃度。目前光、電等非常規(guī)熱催化的缺點(diǎn)是體系太開放了，所以需要有一定限域的、有大的表觀濃度體系才可能有應(yīng)用前景。就電催化而言，最大的問題是電流密度太低，只有約20mA/cm2，這僅相當(dāng)于熱催化中1%以下的轉(zhuǎn)化率，而工業(yè)級燃料電池最起碼需要1A/cm2的電流密度，因此今后要向更高的電流密度做才有意義。韓布興院士在回答申文杰教授提問時(shí)表示，最近幾年人工模擬光合作用有很多的報(bào)道，但是大多數(shù)情況下產(chǎn)生C1和C2分子，而很難產(chǎn)生C3以上的長鏈大分子。主要問題是目前光、電催化是在常溫或者接近常溫下進(jìn)行，但是C—C鍵耦合一般是在較高溫度才可以實(shí)現(xiàn)。因此人工光合作用的關(guān)鍵是解決C—C鍵的耦合效率問題。5．生物質(zhì)制燃料與制化學(xué)品何鳴元院士提到，現(xiàn)在比較普遍的觀點(diǎn)是，生物質(zhì)加工不宜做燃料、而要做化學(xué)品；而做化學(xué)品，最好盡量保留氧原子。那么，生物質(zhì)制化學(xué)品，將來到底會形成多少份額？到底可以形成什么有特色的加工路線？張鎖江院士表示，從世界范圍的趨勢看，生物質(zhì)是大方向，現(xiàn)階段生物質(zhì)直接做油品不現(xiàn)實(shí)，但作為醫(yī)藥品、高端聚合物單體的來源還是有可能的。周其林院士提到，化石資源總有枯竭的一天，而光能、風(fēng)能、核能等新能源可以解決能源問題，但生物質(zhì)解決的是合成材料的原料問題。如果石油和煤都消耗完，用什么生產(chǎn)材料？只有生物質(zhì)和二氧化碳?，F(xiàn)在是做生物質(zhì)方向的儲備，要超前布局，但現(xiàn)階段不宜直接與煤化工、石油化工比經(jīng)濟(jì)性。謝在庫院士表示，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化具有一定的綠色意義，但經(jīng)濟(jì)性的差距仍是巨大的。未來發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)該是系統(tǒng)考慮化學(xué)鍵的保留與活化，形成燃料、化學(xué)品、材料的產(chǎn)品集成布局。6．烴精準(zhǔn)氧化丁維平教授表示，現(xiàn)在烴轉(zhuǎn)化的發(fā)展趨勢是反應(yīng)從雙分子向三分子過渡，設(shè)計(jì)反應(yīng)過程繞開分子氧的氧化過程，催化劑研究需要反應(yīng)器過程、動力學(xué)模擬的配合。例如，變徑反應(yīng)器對催化過程的改變是非常大的；過去都是工藝配合催化劑，未來可能工藝或反應(yīng)器對催化劑開發(fā)的影響會越來越大。吳鵬教授提到，對于精準(zhǔn)氧化，特別是經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的丙烯環(huán)氧化過程，未來值得探索氧氣直接氧化，或者退一步的“氫氣+氧氣+丙烯”雙功能耦合過程。7．塑料循環(huán)利用唐勇院士提到，從應(yīng)用的角度，希望合成材料又便宜又好，聚乙烯是性價(jià)比最好的材料。但未來，發(fā)展可降解材料、以及材料的循環(huán)利用是新的發(fā)展思路，例如，從聚烯烴回到乙烯、丙烯的循環(huán)生產(chǎn)。謝在庫院士表示，目前提到限塑，大家一般首先想到的是回收制品、限制使用等手段，是否可以開辟一條精準(zhǔn)催化的思路應(yīng)對這個(gè)問題？我們還沒有塑料降解產(chǎn)品的系統(tǒng)方案，如果通過精準(zhǔn)催化的方式將聚烯烴產(chǎn)品降級使用、或?qū)⒕酆衔镏械南N單體進(jìn)行回收，會對我國白色污染問題的解決產(chǎn)生重大影響。喬金樑教授提到，現(xiàn)在首先要回收，最終將回收的聚烯烴降解為乙烯、丙烯?；诖?，精準(zhǔn)聚合有兩個(gè)方向，第一，把聚烯烴降解成乙烯、丙烯，這是最高挑戰(zhàn)；第二，催化降解對聚合物的種類要求嚴(yán)格，但是實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)品是各種聚合物的復(fù)合材料，這就要求我們從源頭上進(jìn)行精準(zhǔn)聚合，使用單一組分的聚合物滿足各種功能需求。8．聚烯烴發(fā)展方向唐勇院士表示，有機(jī)化學(xué)多數(shù)關(guān)注官能團(tuán)的轉(zhuǎn)